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離子泵（膜運(yùn)輸?shù)鞍字唬?/span>

次瀏覽 | 更新時(shí)間：2023-05-19

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離子泵

膜運(yùn)輸?shù)鞍字?/div>

離子泵是膜運(yùn)輸?shù)鞍?/a>之一。也看作一類特殊的載體蛋白，能驅(qū)使特定的離子逆電化學(xué)梯度穿過(guò)質(zhì)膜，同時(shí)消耗ATP形成的能源，屬于主動(dòng)運(yùn)輸。離子泵本質(zhì)是受外能驅(qū)動(dòng)的可逆性ATP酶。外能可以是電化學(xué)梯度能、光能等。被活化的離子泵水解ATP，與水解產(chǎn)物磷酸根結(jié)合后自身發(fā)生變構(gòu)，從而將離子由低濃度轉(zhuǎn)運(yùn)到高濃度處，這樣ATP的化學(xué)能轉(zhuǎn)變成離子的電化學(xué)梯度能。目前已知的離子泵有多種，每種離子泵只轉(zhuǎn)運(yùn)專一的離子。細(xì)胞內(nèi)離子泵主要有鈉鉀泵、鈣泵和質(zhì)子泵。

基本信息

中文名	離子泵
外文名	ion pump
所屬	膜運(yùn)輸?shù)鞍?/div>
主要類型	鈉鉀泵、鈣泵和質(zhì)子泵
運(yùn)輸形式	主動(dòng)運(yùn)輸

假說(shuō)

離子泵假說(shuō)是解釋質(zhì)膜上主動(dòng)運(yùn)輸機(jī)制的例子之一。它認(rèn)為，某些離子的運(yùn)輸之所以能逆濃度梯度的方向進(jìn)行，是由于依靠了鑲嵌在質(zhì)膜脂質(zhì)雙分子層上的一種內(nèi)在蛋白的分子構(gòu)象變化來(lái)實(shí)現(xiàn)的。即可看作一類特殊的載體蛋白，能驅(qū)使特定的離子逆電化學(xué)梯度穿過(guò)質(zhì)膜的過(guò)程，同時(shí)消耗ATP形成的能源，屬于主動(dòng)運(yùn)輸。

離子泵

NaK泵

Na-K泵存在于動(dòng)、植物細(xì)胞質(zhì)膜上，它有大小兩個(gè)亞基，大亞基催化ATP水解，小亞基是一個(gè)糖蛋白。大亞基以親Na+態(tài)結(jié)合Na+后，觸發(fā)水解ATP。每水解一個(gè)ATP釋放的能量輸送3個(gè)Na+到胞外，同時(shí)攝取2個(gè)K+入胞，造成跨膜梯度和電位差，這對(duì)神經(jīng)沖動(dòng)傳導(dǎo)尤其重要，Na+-K+泵造成的膜電位差約占整個(gè)神經(jīng)膜電壓的80%。若將純化的Na+-K+泵裝配在紅細(xì)胞膜囊泡（血影）上，人為地增大膜兩邊的Na+、K+梯度到一定程度，當(dāng)梯度所持有的能量大于ATP水解的化學(xué)能時(shí)，Na+、K+會(huì)反向順濃差流過(guò)Na+-K+泵，同時(shí)合成ATP。這種可逆現(xiàn)象是離子泵的普遍性質(zhì)。

Ca2泵

Ca2+泵分布在動(dòng)、植物細(xì)胞質(zhì)膜、線粒體內(nèi)膜、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)樣囊膜（SER-like organelle）、動(dòng)物肌肉細(xì)胞肌質(zhì)網(wǎng)膜上，是由1000個(gè)氨基酸的多肽鏈形成的跨膜蛋白，它是Ca2+激活的ATP酶，每水解一個(gè)ATP轉(zhuǎn)運(yùn)兩個(gè)Ca2+到細(xì)胞外，形成鈣離子梯度。通常細(xì)胞質(zhì)游離Ca2+濃度很低，約10-7～10-8摩爾/升，細(xì)胞間液Ca2+濃度較高，約5×10-3摩爾/升。胞外的Ca2+即使很少量涌入胞內(nèi)都會(huì)引起胞質(zhì)游離Ca2+濃度顯著變化，導(dǎo)致一系列生理反應(yīng)。鈣流能迅速地將細(xì)胞外信號(hào)傳入細(xì)胞內(nèi)，因此Ca2+是一種十分重要的信號(hào)物質(zhì)。線粒體內(nèi)腔、肌質(zhì)網(wǎng)、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)樣囊腔中含高濃度的Ca2+，濃度大于10-5摩爾/升，名為“鈣庫(kù)”。在一定的信號(hào)作用下Ca2+從鈣庫(kù)釋放到細(xì)胞質(zhì)，起到調(diào)節(jié)細(xì)胞運(yùn)動(dòng)、肌肉收縮、生長(zhǎng)、分化等諸多生理功能。

質(zhì)子泵

質(zhì)子泵即H+泵包括H+-ATP泵和H+焦磷酸泵。

1、H+-ATP泵

在植物細(xì)胞原生質(zhì)膜和液泡膜上都存在著由ATP酶驅(qū)動(dòng)的H+泵，它們的主要功能是調(diào)節(jié)原生質(zhì)體的pH從而驅(qū)動(dòng)對(duì)陰陽(yáng)離子的吸收。由線粒體生成的ATP供質(zhì)膜質(zhì)子泵需要，ATP釋放的能量建立跨膜的質(zhì)子梯度和電位差，質(zhì)子梯度活化離子通道或反向運(yùn)輸器或同向運(yùn)輸器，調(diào)節(jié)離子或不帶電溶質(zhì)的進(jìn)出。液泡膜上的質(zhì)子泵將H+泵入液泡，質(zhì)外體、胞質(zhì)溶膠和液泡的pH就有差異，分別是5.5、7.3~7.6、4.5~5.9。

2、H+-焦磷酸泵

H+-焦磷酸泵是位于液泡膜上的H+泵，它利用焦磷酸（PPi）中的自由能量（而不是利用ATP），主動(dòng)把H+泵入液泡內(nèi)，造成膜內(nèi)外電化學(xué)勢(shì)梯度，從而導(dǎo)致養(yǎng)分的主動(dòng)跨膜運(yùn)輸。

濺射抽氣機(jī)理

如圖5所示，在每個(gè)陽(yáng)極筒內(nèi)發(fā)生的物理過(guò)程，可分解成六個(gè)步驟展開(kāi)說(shuō)明。

圖5：濺射離子泵抽氣機(jī)理示意圖

1)圖中A表示在低壓下，當(dāng)陰極和陽(yáng)極間加上高壓時(shí)，引起場(chǎng)致發(fā)射。

2)圖中B表示在電、磁場(chǎng)作用下電子作螺旋運(yùn)動(dòng)。

3)圖中C表示電子與氣體分子碰撞產(chǎn)生正離子和二次電子，引起雪崩效應(yīng)。

4)圖中D表示正離子轟擊鈦陰極，濺散出鈦原子落在陽(yáng)極筒上，形成新鮮鈦膜，也有的落在陰板外圍區(qū)(β區(qū))。

5)圖中E表示活性氣體與新鮮鈦膜反應(yīng)形成化合物，化學(xué)吸附在陽(yáng)極筒內(nèi)壁。隋性氣體被電離，離子在電場(chǎng)作用下轟擊陰極過(guò)程中被排出。其排除方式為：(1)離子直接打入陰極表面內(nèi)或β區(qū)(如圖中a)；斜射的離子切入陰極表面，離子和鈦一起被掀掉，埋葬在β區(qū)(圖中b)；(2)離子沒(méi)打入陰極內(nèi)，從陰極得一電子恢復(fù)為中性原子或分子，反射到陽(yáng)極內(nèi)表面被埋掉(圖中c)，這叫“荷能中性粒子反射”。

6)圖中F表示對(duì)于氫，由于其質(zhì)量小，氫離子轟擊鈦板的濺射產(chǎn)額甚低，氫離子 H2+ 或 H+ 打到鈦板上與電子復(fù)合變成H原子，然后擴(kuò)散入鈦的晶格內(nèi)，形成TiH固溶體而被排出。常溫下這種固溶體中H2的濃度為0.05%，當(dāng)溫度高于250oC以上時(shí)，便又開(kāi)始分解放出氫。鈦大量吸氫后。由于放熱反應(yīng)鈦板溫度上升，達(dá)到250oC以后，除重新釋放氫之外并導(dǎo)致鈦板晶格膨脹造成龜裂。通常需加大鈦板的散熱能力來(lái)改善濺射離子泵對(duì)氫的排除能力。要提高對(duì)氫的抽速，需保持鈦板表面清潔，選用晶格常數(shù)較大的β-Ti或鈦合金作為陰極板，或引入與氫可比擬的氬含量。因氬的濺散產(chǎn)額高，可提高對(duì)氫的抽速。

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